HUMUS-H-Relax

 

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Untersuchung der Quellung der organischen Bodensubstanz mittels Protonenrelaxation

HUMUS-H-Relax
DFG: SCHA 849/5-1 & 5-3

 

Zusammenfassung

Phase II

Die oberen Bodenschichten unterliegen einer stark veränderlichen Feuchtedynamik, welche die Schadstoffsorption und den Stofftransport im Boden beeinflusst. Zyklische Quellungs- und Schrumpfungsprozesse führen zu einer Dynamik von Sorptionseigenschaften der organischen Bodensubstanz, Porengrößenverteilung und Wasserleitfähigkeit. Trotz der Bedeutung für we-sentliche physikochemische Bodenprozesse ist der Prozess der Quellung der organischen Bo-densubstanz wenig untersucht. Das Ziel dieses Vorhabens ist es, die grundlegenden Prozesse bei der Quellung der organischen Bodensubstanz zu untersuchen. In der ersten Projektphase wurden die methodischen Voraussetzungen für die Anwendung der Protonenrelaxometrie auf Quellungsuntersuchungen geschaffen. Aufbauend auf diesen Erfah-rungen sollen nun die Prozesse identifiziert werden, die für eine Veränderung der Relaxations-zeiten und damit für den Quellungsprozess in Bodenproben verantwortlich sind. Neben Poren-veränderungen wird besonderes Augenmerk auf paramagnetische Substanzen (Eisen und Mangan) an der Bodenfestphase gelegt. Zur Absicherung der Interpretation werden die Unter-suchungen durch zwei weitere Methoden (Kryo-NMR-Relaxometrie und Differential Scanning Kalorimetrie) ergänzt. Diese Informationen sollen genutzt werden, um den Mechanismus und den Verlauf der Quellung der organischen Substanz abzuleiten und deren Auswirkungen auf die Veränderung ihrer physikochemischen Eigenschaften abzuschätzen.

Zusammenfassung und Details Phase I: Siehe unten

Projektleitung

Prof. Dr. Gabriele E. Schaumann (Project leader)

Mitarbeiter

Dipl.-Ing. Fabian Jaeger (Scientific Assistant)
Dipl.-Ing. Jennifer Langbein (Scientific Assistant)

Publications

with peer-review

2014

12. Schaumann, Gabriele Ellen, Bertmer, Marko 2014. Soil-Water Interactions. Simpson, Myrna J.; Simpson, Andre J. NMR Spectroscopy: A Versatile Tool for Environmental Research. Chichester, UK: John Wiley Sons, Ltd.. 291-303. Download

11. Buchmann, Christian, Meyer, Maximilan, Schaumann, Gabriele Ellen 2014. Characterization of wet aggregate stability of soils by 1H-NMR relaxometry. Magnetic Resonance in Chemistry. in press MRC4147.

2010

10. Jaeger, Fabian, Shchegolikhina, A., van As, Henk, Schaumann, Gabriele E. 2010. Proton NMR Relaxometry as a Useful Tool to Evaluate Swelling Processes in Peat Soils. The Open Magnetic Resonance Journal. 3 (open access): DOI: 10.2174/1874769801003010027. Download

9. Bayer, J.V., Jaeger, Fabian, Schaumann, G. E. 2010. Proton Nuclear magnetic resonance (NMR) relaxometry in soil science applications. The Open Magnetic Resonance Journal. 3 (open access): DOI: 10.2174/1874769801003010015. Download

2009

8. Jaeger, Fabian, Bowe, Stefan, Schaumann, Gabriele Ellen 2009. Evaluation of 1H NMR relaxometry for the assessment of pore size distribution in soil samples. European Journal of Soil Science. 60 (6): 1052-1064. Download

2008

7. Jähnert, Susanne, Vaca Chavez, F., Schaumann, G. E., Schreiber, A., Schönhoff, M., Findenegg, G. H. 2008. Melting and freezing of water in cylindrical silica nanopores. Physical Chemistry Chemical Physics. 39 (10): 6039-6051. Download

6. Jaeger, Fabian, Rudolph, Nicole, Lang, Friederike, Schaumann, Gabriele Ellen 2008. Effects of soil solutions constituents on proton NMR relaxometry of soil samples. Soil Science Society of America Journal. 72 (12): 1694-1707. Download

2006

5. Mikutta, Christian, Krüger, Jaane, Schaumann, Gabriele E., Lang, Friederike 2006. Restructuring of polygalacturonate on alumina upon hydration - effect on phosphate sorption kinetics. Geochimica Cosmochimica Acta. 70 (12): 2957-2969. Download

4. Jaeger, Fabian, Grohmann, Elisabeth, Schaumann, Gabriele Ellen 2006. 1H NMR Relaxometry in natural humous soil samples: Insights in microbial effects on relaxation time distributions. Plant and Soil. 280 (1-2): 209-222. Download

3. Schaumann, Gabriele Ellen 2006. Soil organic matter beyond molecular structure. 2. Amorphous nature and physical aging. Journal of Plant Nutrition and Soil Science. 169 (2): 157-167. Download

2. Schaumann, Gabriele Ellen 2006. Soil organic matter beyond molecular structure. 1. Macromolecular and supramolecular characteristics. Journal of Plant Nutrition and Soil Science. 169 (2): 145-156. Download

2005

1. Schaumann, Gabriele E., Hobley, Eleanor, Hurraß, Julia, Rotard, Wolfgang 2005. H-NMR Relaxometry to monitor wetting and swelling kinetics in high organic matter soils. Plant and Soil. 275 (1-2): 1-20. Download

Other publications

2010

9. Schaumann, Gabriele Ellen 2010. Proton nuclear magnetic resonance (nmr) relaxometry in soil science. Glinski, Jan; Jozef, Horabik; Jerzy, Lipiec Encyclopedia of Agrophysics. NY: Springer. Download

2009

8. Jaeger, Fabian, Schaumann, Gabriele E. 2009. Swelling of peat soil samples as determined by 1H NMR relaxometry. Geophysical Research Abstracts. 11 EGU2009-4721. Download

7. Schaumann, Gabriele E., Jaeger, Fabian, Bayer, Julia V. 2009. Relaxometry in soil science. Geophysical Research Abstracts. 11 EGU2009-3208-1. Download

2007

6. Jaeger, Fabian, Grohmann, Elisabeth, Schaumann, Gabriele Ellen 2007. Microbial and swelling effects on pore size distribution in humous soil samples. Magnetic Resonance Imaging. 25 (Special Issue Bologna 2006): 581. Download

5. Jaeger, Fabian, Korn, Hella, Boeckelmann, Uta, Schaumann, Gabriele Ellen 2007. Effects of biofilms on pore size distribution in glass bead reactors studied by 1H NMR relaxometry. Magnetic Resonance Imaging. 25 (Special Issue Bologna 2006): 564-565. Download

2006

4. Schaumann, Gabriele Ellen 2006. Die organische Bodensubstanz als amorphe Matrix - Alterung, Quellung und Benetzung im Wechselspiel mit Wasser. TU Berlin. Habilitation.

3. Jaeger, Fabian, Grohmann, Elisabeth, Boeckelmann, Uta, Schaumann, Gabriele E. 2006. Microbial effects on 1H NMR Relaxometry in soil samples and glass bead reactors. Frimmel, Fritz H.; Abbt-Braun, Gudrun Humic Substances - Linking Structure to Functions. Proceedings of the 13th Meeting of the International Humic Substances Societyin Karlsruhe. Karlsruhe: Universität Karlsruhe. 45-II 929-932.

2005

2. Jaeger, Fabian, Grohmann, Elisabeth, Schaumann, Gabriele Ellen 2005. Do swelling and microbial activity affect pore size distribution in humous soil samples?. Geophysical Research Abstracts. 7 (SSS9: Quantification of soil structure and soil po): EGU05-A-02313; SSS9-1MO3P-0262.

1. Jaeger, Fabian, Oezaslan, Mehtap, Schaumann, Gabriele E. 2005. 1H NMR Relaxometrie in porösen Medien: Die Bedeutung von gelösten paramagnetischen und organischen Substanzen. Mitteilungen der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft. 107 (1): 139-140.

 

Kooperationen

PD Dr. Elisabeth Grohmann, Dr. Uta Boeckelmann, TU Berlin, FG Umweltmikrobiologie

Dr Henk van As, Wageningen

Phase 1

Die oberen Bodenschichten unterliegen einer stark veränderlichen Feuchtedynamik, welche die Schadstoffsorption und den Stofftransport im Boden beeinflusst. In der organischen Bodensub-stanz und in den Tonmineralen finden zyklische Quellungs- und Schrumpfungsprozesse statt, die auf die Sorptionseigenschaften der organischen Bodensubstanz einwirken. Auch die Porengrös-senverteilung und Wasserleitfähigkeit können davon beeinflusst werden. Trotz der Bedeutung für wesentliche physikochemische Bodenprozesse ist der Prozess der Quellung der organischen Bodensubstanz wenig untersucht.

Das Ziel dieses Vorhabens ist es, durch Integration von drei Fachdisziplinen die grundlegenden Prozesse bei der Quellung der organischen Bodensubstanz zu untersuchen. Eigene Voruntersu-chungen haben bereits das Potenzial der Protonenrelaxation für diesen Zweck aufgezeigt, welche deshalb als zentrale Methode eingesetzt werden soll. Im Projekt sollen die Prozesse identifiziert werden, die für eine Veränderung der Relaxationszeiten und damit für den Quellungsprozess verantwortlich sind. Diese Informationen sollen genutzt werden, um den Mechanismus und den Verlauf der Quellung der organischen Substanz abzuleiten und deren Auswirkungen auf die Ver-änderung ihrer physikochemischen Eigenschaften abzuschätzen.

Projektleitung

Prof. Dr. Gabriele E. Schaumann (Project leader)
Dr. Martin Müller, TU Berlin (Co-applicant)
Dr. Friederike Lang, TU Berlin (Co-Applicant)
Prof. Dr. Wolfgang Rotard (Co-applicant)

Mitarbeiter

Dipl.-Ing. Fabian Jaeger (Scientific Assistant)
Mehtap Özaslan (Student Assistant)
Nicole Rudolph (Student Assistant)

 

Wissenschaftliche Arbeiten

Methodenvergleich zur Porengrößenverteilung in Bodenproben mittels 1H-NMR Relaxometrie, pF- und Zentrifugalmethode
Project: Bowe, S. (2007), TU Berlin-Environemtnal Chemistry. Adv: G. E. Schaumann and F. Jaeger

Untersuchung des Biofilmwachstums auf Aufwuchsmaterialien unterschiedlicher Textur
Diploma: Korn, H. (2006), TU Berlin-Environmental Chemistry. Adv: G. E. Schaumann and E. Grohmann

Untersuchung des Komplexierungsverhaltens von Eisen, Mangan und Gadolinium in Bodenlösungen mittels 1H-NMR Relaxometrie
Diploma: Rudolph, N. (2006), TU Berlin-Environmental Chemistry. Adv: G. E. Schaumann and F. Jaeger

Kooperationen

PD Dr. Elisabeth Grohmann, Dr. Uta Boeckelmann, TU Berlin, FG Umweltmikrobiologie
DFG-Forschergruppe INTERURBAN

 

zuletzt verändert: 11.05.2012 20:02

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